ON736氧氮測定儀測定銅鉻合金中氧氮含量

(西安漢唐分析檢測有限公司 ，寶雞 721014)

銅鉻合金是指以銅為基體, 加入鉻和其它少量合金元素形成的一系列合金。因其熱處理后具有較高的強度和硬度, 良好的導電導熱性及抗腐蝕性,主要用于制備電阻焊電極觸頭材料集成電路引線框架、 電車及電力火車架空導線、電動工具的轉向器大型高速渦輪發電機轉子的轉子導線電工插頭、開關、 電動機集電環等要求有高電導率高強度的產品[1-6]。銅鉻合金也用于與導電性無直接關系的熱交換環境中。例如, 連鑄機結晶器內襯, 還可作為耐磨材料在軸承、夾鉗、螺栓等中使用[7]。銅鉻合金應用于觸頭材料，作為電器開關、儀器儀表等的接觸元件時，其性能好壞直接影響開關電器的可靠運行[8]。其中氣體成分(主要是氧和氮)的含量是一項很重要的性能指標，當氧和氮含量過高時，它們在高溫下從材料中釋放出來，大大降低真空滅弧室中的真空度[9]。因此,準確測定銅鉻合金中氧、氮量具有重要意義。國家標準[10]要求銅鉻電觸頭材料氧含量小于0.050%，氮含量小于0.0050%或0.0040%。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

鈦標準樣品(501-047ω，(O)=0.047%ω，(N)=0.008% LECO)；

鋼標準樣品(501-646ω，(O)=0.022%ω，(N)=0.0042% LECO)；

銅標準樣品(501-147ω，(O)=0.0234% LECO)

混合酸：28mL磷酸 (ρ1.69g/mL)，10%mL硝酸(ρ1.42g/mL)，62mL冰乙酸(ρ1.05 g/mL)；鹽酸(分析純)，無水乙醇(分析純)，去離子水。

高純鎳籃(1.0 g)；光譜純石墨套坩堝。

ON736氧氮測定儀(LECO)。

1.2 實驗原理

將試樣放入鎳籃中,加入已脫氣的石墨坩堝中，在氦氣保護下加熱熔融試樣。氧在高溫下被石墨還原出來生成CO，利用灼熱的 CuO 試劑將其氧化成 CO2，進入紅外吸收池中檢測。氮以N2形式釋放出來，隨同氦氣進入熱導池中檢測。

1.3 試驗方法

試樣預處理：將銅鉻合金試樣剪成質量在0.06～ 0.14 g的小塊[11]，用四氯化碳洗凈冷風吹干待用。

儀器參數設置：脫氣時間20s，分析延遲25s，氧分析時間為30s、氮分析時間為34s，積分延遲10s。

將儀器預熱至各參數穩定后，通氣20分鐘進行分析。測定儀器空白，選擇適當的標準樣品分析3次，校準儀器。將試樣稱重后裝入鎳籃中進行測定。

2 結果和討論

2.1 標樣及助熔劑選擇

銅鉻合金標樣未見報道，選擇3種標準樣品，分別為鋼標準樣品(501-646ω，(O)=0.022%ω，(N)=0.0042% LECO)；銅標準樣品(501-147ω，(O)=0.0234% LECO)；鈦標準樣品(501-047ω，(O)=0.047%ω，(N)=0.008% LECO)，在優化條件下對儀器進行了校準，然后對同一銅鉻合金樣品進行測試(表1)。

表1 采用不同標樣校準氧氮分析值

選擇的3種標樣校準儀器時，對樣品中氧含量的分析結果影響不明顯。選擇鋼標樣校準儀器時，由于未采用鎳籃作助熔劑，熔融時樣品中的氮不能完全釋放，導致氮含量分析結果明顯偏低。周海收等[12]比較了不同助熔劑的效果，試驗證明采用高純鎳籃作助熔劑能得到最穩定的測試結果，本實驗亦將鎳籃確定為最佳助熔劑。

2.2 分析功率

分析中固定脫氣功率5800W，分析功率4400～5200W，考察不同分析功率下標樣和樣品的測定結果，見表2。

表2 不同分析功率下標樣和樣品測定結果

由于標樣和樣品性質存在差異，設置的分析功率需保證標樣和樣品都釋放完全。由表可見，分析功率設定在4400～5200W之間，標樣及樣品氮含量的測定值都隨著分析功率的降低而下降。分析功率在4400～4800 W之間，標樣和樣品的氧含量測定值隨著分析功率的升高而升高，分析功率繼續,標樣和樣品的氧含量分析結果變化不大，氮含量分析結果略有升高。考慮到分析功率太大時樣品揮發量較大，造成的儀器損耗和能耗都大，采取分析功率4800W最為適宜。

2.2 表面處理對結果的影響

國標對無氧銅的表面處理作了規定，裸露在空氣中的銅鉻合金亦易氧化，氧化的銅鉻合金失去光澤，對氧的測定影響較大[13]。表面處理一般分為機械法和化學法，對于不規則的小塊試樣，化學法更為方便。故直接采用化學法處理。實驗研究了表面處理對銅鉻合金的影響，比較了使用不同方法處理后氧氮含量的變化。方法1：樣品僅四氯化碳清洗；方法2：采用混合酸處理；方法3：1∶1鹽酸腐蝕1分鐘，去離子水沖洗，乙醇浸泡冷風吹干。表3比較了1#(CuCr50)、2#(CuCr25)兩種樣品不同方法處理結果。

表3 表面處理對結果的影響

由表3可見，樣品表面經不同化學法處理后氧含量都有所下降，2#樣品氮含量反而升高。實驗中發現，2#樣品由于含銅高，采用方法2處理后，合金表面銅大量溶解而鉻未溶解，合金表面失去原有光澤，形成較多微孔，硝酸根離子浸入不易洗凈，造成氮含量升高。有文獻[14]表明，氧在銅鉻合金中存在偏析，在強酸中，表面銅的大量溶解也造成氧含量的下降。采用國標[15]對不同處理的銅鉻合金進行鉻含量測定，測定結果見表4。

表4 不同方法處理后樣品鉻含量

結果表明，采用方法3處理后兩種樣品中鉻含量未明顯變化，表明銅含量未顯著變化，采用方法2處理后，2#樣品鉻含量明顯升高，說明試樣表面銅大量溶解，綜合考慮，采用方法3處理樣品更合適。

2.3 精密度

綜合以上實驗條件，對1#、2#樣品進行精密度試驗，結果見表5。

2.4 回收率試驗

稱取0.06g 1#、2#樣品，按照實驗方法進行測定，分別向其中加入約0.03g鈦標樣進行加標回收試驗，結果表明，氧的回收率為94% ～105%，氮的回收率為93%～103%，結果見表6。

表5 精密度實驗

表6 加標回收率實驗

2.5 空白實驗

按照實驗方法連續進行11次空白試驗，氧的空白平均值為0.00042%，空白標準偏差為0.00020%；氮的空白平均值0.00009%，空白標準偏差為0.00012%，以10倍空白標準偏差計算，得到氧和氮的測定下限分別為0.0020%和0.0012%。

3 結論

以鈦合金標樣校正儀器，采取分析功率4800W測銅鉻中的氧、氮 含量,氧和氮的相對標準偏差不大于6%，氧的加標回收率為94% ～105%，氮的加標回收率為93%～103%。該方法精密度和加標回收實驗結果良好，可準確測定銅鉻合金中氧、氮含量。